纳米电子技术郑丽芬

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1、纳米电子技术与电子器件郑丽芬01/11/10纳米电子技术与电子器件纳米技术与纳米电子学纳米电子器件纳米电子学中超高密度信息存储纳米电子学研究的现状发展前景纳米技术与纳米电子学发展目标基础研究研究中需要解决的课题发展目标纳米技术的诞生使人类改造自然的能力直接延伸到原子和分子，其最终目标是直接以原子分子在纳米尺度上制造特定功能的产品。纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其最终目标是将集成电路的几何结构进一步减小，研制出由单原子或单分子构成的并室温能用的的各种器件（纳米电子器件或量子器件）。基础研究自上而下，提高集成度自下而上，将有机无机

2、材料尺寸逐渐增大加工组装成纳米极器件（投资较少）研究中需要解决的课题量子隧穿效应。首先要考虑纳米点的材料和能级特性，还要考虑纳米隙的结构，绝缘材料和缺陷。载流子的相干性。在微电子器件中不用考虑载流子的相位作用，而在纳米器件中经弹性碰撞后，载流子的相位关系仍保留，因此载流子的振幅与相位都应考虑并加以利用。多隧道结之间的牵连效应。在某纳米点输入或取出一个电荷时，多隧道结之间会产生牵连影响，这种影响应深入研究并加以利用。纳米电子器件也称量子器件，是利用量子效应及其它电学光学原理，采用纳米硅薄膜及其他材料制作的量子功能器件。主要通过控制电子

3、波动的相位来进行工作。量子器件能实现更高的响应速度和更低的功耗，是一代超高速，超容量，超微型，低功耗的器件。纳米电子器件组成部分相关原理加工技术典型器件组成部分纳米点有两种制作办法，一种是场蒸发，要求粒度在10nm以上，制作容易但一致性差，制作纳米点阵比较方便；另一种是电化学方法，粒度大小容易控制，精度比较一致（Au，CdS）纳米隙绝缘层可以在导电基底，纳米点，SPM针尖上制作。纳米线场蒸发；考虑采用原子或有机分子操纵方法作少量纳米线样品相关原理各种量子效应：量子隧穿效应，量子相干性，量子波动性，弹道电子运输，量子尺寸效应，库仑阻塞

4、，单电子振荡，布洛赫振荡和奇异导电性等。超导体－导体－半导体－绝缘体异质界面量子波和异质结量子点的物理效应。高温铜氧化物超导体正常态的奇异特性，二维导电性导致的电子波，电子对波和磁通线运动效应。单电子电子学，单电子对电子学和单磁通量子电子学的对偶性。原子与分子自组装机制。加工技术纳米级元器件主要包括两方面：1）纳米级超细粉料制成的元器件2）纳米级半导体器件和集成电路我们主要介绍第二各方面的加工技术光刻技术纵向加工技术－分子束外延（MBE），金属有机气象沉积（MOCVD），原子层外延技术（ALE）。现已实现单原子层薄膜生长，材料纵向尺

5、寸控制精度已高达2A。横向加工技术－高分辨率电子束和聚焦离子束技术。制作出的“纳米印刷机”，用无机抗蚀剂已做出小于10nm的线宽。STM（SPM）超微细加工技术具有原子极的极高分辨率。可实时的得到在实空间中表面的三维图象，用于具有周期性和不具有周期性的表面结构研究，非常有利于对表面反应，扩散等动态过程的研究。可以得到单个原子层表面的局部结构，而不是对体相的平均性质。因此可以得到局部的表面缺陷和表面吸附体所引起的表面重构。可在任何条件下工作。非常适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的表征。在得到样品表面形貌的同时亦可得到扫描

6、隧道谱（STS），可研究表面的电子结构。针尖可操纵单个分子或原子，可对表面进行纳米尺度上的微细加工，包括刻蚀，阳极氧化。光刻技术与STM加工技术相结合典型器件纳米电子器件及相应原理：谐振晶体管，电路和系统－共振隧道效应超高速逻辑开关－电子束高迁移率极大容量存储器－量子点的可积蓄电子原理单电子晶体管（包括单电子开关和单电子存储器)－库仑阻塞效应，单电子振荡和隧穿效应单电子对晶体管，电路和系统－单电子对隧穿效应，布洛赫振荡单磁通量子晶体管－二维超导体量子面的磁通量子化无导线集成电路－四个量子点组成一个单元，多个单元连在一起，单元之间的电

7、子运动以耦合方式进行，从而实现信号传递单原子开关和存储器，分子线，分子开关和存储器具有量子点结构的硅器件将n型c－si在1050度干氧中热氧化生长1000A的sio2层，光刻出40×40um的窗口，在窗口区淀积一层200A厚的a－si层，再在800度的N2和o2（8：1）使a－si层氧化和晶化形成量子点结构。单电子晶体管单电子隧穿现象如果有一纳米微粒尺寸足够小且与其周围外界在电学上是绝缘的，它与外界之间的电容可小到10－16F，在这种情况下，某个电子隧穿进入该微粒，它会阻止第二个电子再进入该微粒，否则会导致系统总能的增加，因而可人为

8、控制电子逐个穿进出该微粒，实现单电子隧穿过程。单电子晶体管的发现促进了纳米电子学的发展。单电子隧穿可应用于对高频电磁波辐射的灵敏检测，尤其在远红外波段范围；单个电子还可作为传递信息的载体；目前已有标准DC电流源和超灵敏静电计的报导。高